用D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高精度可編程增益放大器

實(shí)際應(yīng)用中，常常需要一個(gè)增益可軟件編程的放大器（PGA），用來將不同幅度的模擬輸入信號放大到某個(gè)特定范圍，便于A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，或者將給定信號放大一個(gè)由軟件設(shè)定的增益后輸出。但可供選用的現(xiàn)成的可編程增益放大器并不多見，需要采用其它方法來實(shí)現(xiàn)，通常有兩種方法：1）運(yùn)放+模擬開關(guān)+電阻網(wǎng)絡(luò)；2）運(yùn)放+數(shù)字電位器。其中，前一種方法利用模擬開關(guān)切換電阻反饋網(wǎng)絡(luò)，從而改變放大電路的閉環(huán)增益。此種方法所需元器件較多，電路龐大，而且精度受到限制。第二種方案采用固態(tài)數(shù)字電位器來控制放大電路的增益，線路較為簡單。但現(xiàn)有的數(shù)字電位器分辨率有限，常見的有32、64抽頭，少數(shù)可達(dá)1024抽頭，因而構(gòu)成的放大器精度有限，無法滿足10位甚至12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。

實(shí)際上，還有另外一個(gè)更為簡單、精確，但又常常被人們忽視的方法，那就是采用D/A轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)高精度可編程增益放大器。圖1所示就是一個(gè)采用MAXIM 公司的12位D/A轉(zhuǎn)換器MAX502構(gòu)成的12位可編程增益放大器。可以看到此種方案非常簡單，只需單片D/A轉(zhuǎn)換器即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的高精度PGA，甚至可以不需要任何外圍元件（圖中的微調(diào)電位器W1和W2可以省去）。并且它還具有十分方便的編程接口，可以直接掛到數(shù)據(jù)總線上（16位總線可以采用 MAX502，8位總線可以采用MAX501，SPI串行總線可以采用MAX532）。下面對其工作原理及性能參數(shù)進(jìn)行簡要分析。

工作原理



輸入不同的數(shù)字量D，就可以在1~4096間設(shè)定放大器的電壓增益。圖1中的兩個(gè)外接電位器W1、W2分別用于對放大器的失調(diào)和增益誤差進(jìn)行微調(diào)，可進(jìn)一步提高放大器的精度，要求不太高時(shí)也可以省去。

性能參數(shù)

該放大器的性能參數(shù)可以根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)參數(shù)換算得到，根據(jù)MAX502的性能指標(biāo)可以得到圖1電路的主要性能參數(shù)如下：

輸入失調(diào)電壓：＜±1mV （未調(diào)整）
輸入失調(diào)溫漂：±5μV/℃
增益誤差：＜0.07%（未調(diào)整）
增益溫度系數(shù)：＜±1ppm/℃
單位增益帶寬：3MHz
壓擺率：5V/μs
輸出擺幅：±10V（2kΩ負(fù)載）
輸出電阻：0.2Ω
輸出噪聲電壓：25nV/ Hz
總諧波失真（THD）：-90dB

作者：Maxim北京辦事處 徐繼紅